Hva er en Ultrashort-pulselaser?

Ultrashort-pulslaseren er et generisk navn for alle typer laser som produserer pulser eller utbrudd av sammenhengende lys i ekstremt korte perioder, vanligvis målt i picosekunder eller femtosekunder. Et pikosekund er en billion sekund og et femtosekund er 1000 ganger kortere enn et pikosekund eller en firedels sekund. Disse koblingshastighetene for ultrashort-pulslaseren gjør at den kan overvinne noen nedbrytningseffekter som normale ikke-pulslasere møter. Dette gir dem bruksområder innen militær teknologi, datakommunikasjon og i medisinsk vitenskap som for å drepe virus i kroppen gjennom ekstern laserbehandling, uten å skade normalt levende vev.

Tidsområdet som pulslengden spenner over gjeldende ultrashort-pulslaserteknologi fra og med 2011 er fra noen få picosekunder for hver laserpuls ned til 5 femtosekunder. Teknologien drives mot å lage en ultrashort-pulslaser i attosekundområdet, men som vil ha pulser som skjedde 1000 ganger raskere enn en femtosekunders laser, eller en gang hver kvart sekund. Attosekundelasere kan tillate forskere å spore bevegelsen av elektroner rundt atomkjerner i sanntid, noe som vil hjelpe både fysikk og kjemi forskning og utvikling.

Mens tidlige lasere var basert på å generere bjelker med sammenhengende lys ved bruk av rubin-krystaller, benyttet femtosekundlasere titandopert aluminiumoksyd, en type blågrønn safir som ble produsert først i 1986 for dette formålet. Typisk pulsenergi fra en slik 20 femtosekundslaser er omtrent 3 nanojouler per puls, eller tre milliardedeler av en joule. Siden dette er en ekstremt liten mengde energi, forsterkes strålen ved hjelp av en ekstern strålekilde. Faststoffmaterialer har vist seg å være de beste forsterkere, med ytterbiumglass som den mest effektive og forsterker pulsen opp til 100 joule per kvadratcentimeter. Tidlige forsøk på å bruke fargestoffer eller neodym: yttrium aluminium granatkrystaller økte pulsenergien fra 1 millijoule til 0,5 joule per kvadratcentimeter.

Det er mange potensielle bruksområder for bruk av ultrashort-pulslaser. De ville ta fiberoptisk kommunikasjon ved overføring av lyssignaler til et nytt nivå, slik at mye mer data kan føres på en pulsstråle enn det fiberoptikk for øyeblikket er i stand til i 2011, noe som gir begrepet bredbånd en helt ny betydning. De kan også brukes til å fjerne materialer bort fra en overflate og endre det fra et fast stoff til en gass uten å tilføre noe varme i prosessen, noe som ville forbedre ved forskjellige industrielle skjære- og formingsprosesser for metaller og kompositter. Teknologien gir også fordelen ved å tjene som en ekstremt presis form for skalpell i medisin for å fjerne kreftsvulster eller reparere den optiske hornhinnen hos personer med sviktende syn.